RU2580667C1 - Method for laser wireless retro-reflector distributed optical switching and system therefor - Google Patents
Method for laser wireless retro-reflector distributed optical switching and system therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2580667C1 RU2580667C1 RU2015106833/07A RU2015106833A RU2580667C1 RU 2580667 C1 RU2580667 C1 RU 2580667C1 RU 2015106833/07 A RU2015106833/07 A RU 2015106833/07A RU 2015106833 A RU2015106833 A RU 2015106833A RU 2580667 C1 RU2580667 C1 RU 2580667C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiver
- switching
- signals
- source
- lasers
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
Abstract
Description
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в качестве средства коммутации цифровых устройств.The invention relates to the field of computer technology and can be used as a means of switching digital devices.
Система коммутации - центральное звено современной управляющей и вычислительной системы, формирующая систему в целом из совокупности не связанных между собой активных устройств обработки данных (далее объектов, если не требуется детализация). От нее одновременно требуются отсутствие внутренних конфликтов коммутации, высокая скорость коммутации, отказоустойчивость.The switching system is the central link of the modern control and computing system, which forms the system as a whole from a set of active data processing devices that are not interconnected (hereinafter objects, if detailing is not required). At the same time, it requires the absence of internal switching conflicts, high switching speed, fault tolerance.
Часто невозможно спланировать обращение источников сообщений к приемнику сообщений и избежать конфликтов на входе приемника сообщений (конфликтов, внешних по отношению к системе коммутации). Требуется быстро устранять внешние конфликты средствами системы коммутации.It is often impossible to plan the circulation of message sources to the message receiver and to avoid conflicts at the input of the message receiver (conflicts external to the switching system). It is required to quickly eliminate external conflicts by means of a switching system.
Часто также требуется одновременно посылать сообщение одного источника группе приемников и иметь возможность быстро изменять состав группы таких приемников.It is often also required to simultaneously send a message from one source to a group of receivers and to be able to quickly change the composition of a group of such receivers.
Для ускорения выполнения поступающих в систему коммутации заявок на соединение источников и приемников информации требуется быстро определять состояние приемников (в частности возможность приемников получать в текущий момент передаваемое сообщение). Ускорение достигается, если сведения о состоянии приемников хранятся в системе коммутации и не требуется их получать, обращаясь непосредственно к приемникам.To speed up the execution of applications for connecting sources and receivers of information received in the switching system, it is necessary to quickly determine the status of receivers (in particular, the ability of receivers to receive a currently transmitted message). Acceleration is achieved if information about the status of the receivers is stored in the switching system and it is not necessary to obtain them by contacting the receivers directly.
Перечисленные требования трудно обеспечить средствами электроники. Задача упрощается при использовании предложенных в патенте средств оптоэлектроники.These requirements are difficult to provide by electronic means. The task is simplified when using the optoelectronics means proposed in the patent.
Для удовлетворения перечисленным требованиям в патенте предлагаются система и способ лазерной беспроводной ретрорефлекторной распределенной оптической коммутации.To meet the above requirements, the patent proposes a system and method for laser wireless retroreflective distributed optical switching.
В качестве прототипа использованы известные способ повышения отказоустойчивости распределенной оптической коммутации и реализующий его бесконфликтный беспроводной ретрорефлекторный коммутатор, приведенные в патенте №2538314 и статье (Организация коммутируемых непосредственных соединений активных объектов сложных цифровых систем // Управление большими системами. - М.: ИПУ РАН, 2014. вып. 49. С. 148-165, _results_new.php?publication_id=19284).As a prototype, the well-known method of increasing the fault tolerance of distributed optical switching and the conflict-free wireless retroreflective switch that implements it are described in patent No. 2538314 and the article (Organization of switched direct connections of active objects of complex digital systems // Control of large systems. - M. IPU RAS, 2014). issue 49.P. 148-165, _results_new.php? publication_id = 19284).
В прототипе источник для отправки цифрового сообщения в заданный приемник направляет его в промежуточный ретрорефлекторный модуль (RCM) и далее в приемник, используя лазерный луч, ориентированный в пространстве с помощью оптического демультиплексора. В такой конструкции каждый источник/приемник сообщения содержит два демультиплексора и совокупность демультиплексоров всех источников действует как распределенный коммутатор, соединяющий источники и приемники сообщений через соответствующие приемникам модули RCM. В прототипе предложены два вида оптических демультиплексоров - первый из них выбирает направление оптического луча, изменяя ориентацию микрозеркал, второй с той же целью использует переключатели на соединениях ванадия, которые переходят из состояния пропускающего свет в состояние его отражающее.In the prototype, a source for sending a digital message to a given receiver directs it to an intermediate retroreflector module (RCM) and then to the receiver using a laser beam oriented in space using an optical demultiplexer. In this design, each message source / receiver contains two demultiplexers and the set of demultiplexers of all sources acts as a distributed switch connecting message sources and receivers through RCM modules corresponding to the receivers. The prototype offers two types of optical demultiplexers - the first of them selects the direction of the optical beam by changing the orientation of the micromirrors, the second uses switches on the vanadium compounds for the same purpose, which switch from the state of light transmission to the reflecting state.
Недостатки притотипа. Первый тип демультиплексора прототипа в настоящее время требует на переключение не менее трех микросекунд, что для многих приложений медленно. Второй демультиплексор может выполнять переключение в фемтосекундном диапазоне, но для него характерно наличие помехи: при проходе света через элементы демультиплексора часть его проходит через другие элементы и создает помехи на выходе. Для борьбы с помехами приходится вводить ослабители помехи, которые ослабляют также, но в меньшей степени, полезный сигнал, что ведет к энергетическим потерям.Disadvantages of the subtype. The first type of prototype demultiplexer currently requires switching at least three microseconds, which is slow for many applications. The second demultiplexer can switch in the femtosecond range, but it is characterized by interference: when light passes through the elements of the demultiplexer, part of it passes through other elements and creates interference at the output. To combat interference, it is necessary to introduce interference attenuators, which also attenuate, but to a lesser extent, the useful signal, which leads to energy losses.
В прототипе источник сообщения не может послать сообщение одновременно группе приемников и тем самым не удовлетворяется указанное выше требование одновременной групповой передачи сообщения. В прототипе также не хранятся распределенно, вне приемников, сведения о их состоянии. Чтобы определить это состояние, требуется достаточно медленное обращение непосредственно к приемнику.In the prototype, the message source cannot send a message simultaneously to a group of receivers, and thus the above requirement for simultaneous multicast transmission of a message is not satisfied. The prototype also does not store distributed information, outside the receivers, about their status. To determine this state, a fairly slow call to the receiver is required.
Задача настоящего изобретения - устранить указанные недостатки прототипа.The objective of the present invention is to eliminate these disadvantages of the prototype.
Технический результат для системы коммутации состоит в том, что в нее введены распределенные технические средства для коммутации сигналов непосредственно лазерами, для одновременной передачи сообщения источника группе приемников, технические средства для фиксирования состояния приемников, находящиеся вне приемников.The technical result for the switching system is that it includes distributed technical means for switching signals directly by lasers, for simultaneously transmitting a source message to a group of receivers, technical means for fixing the status of receivers located outside the receivers.
Технический результат для системы достигается тем, что система содержит в каждом участвующем в коммутации объекте демультиплексоры с группой лазеров, выбираемых и включаемых этим объектом, и вне участвующих в коммутации объектов содержит ретрорефлекторные модули, причем каждому лазеру демультиплексора постоянно соответствует только один из ретрорефлекторных модулей, получающих передаваемые в свободном пространстве сигналы этого лазера и возвращающих их в направлении источника сигнала, причем поступающие в модуль сигналы лазеров различаются по частоте, причем каждый ретрорефлекторный модуль соответствует одному или нескольким участвующим в коммутации объектам и содержит двоичные элементы памяти, управляемые этим объектом и запрещающие или разрешающие ретрорефлекторному модулю возвращать полученный от демультиплексора соответствующий элементу памяти сигнал, если элемент памяти установлен соответственно в запрещающее или разрешающее возврат сигнала состояние.The technical result for the system is achieved by the fact that the system contains demultiplexers in each object participating in the switching with a group of lasers selected and turned on by this object, and contains retroreflector modules outside of the objects participating in the switching, and each laser of the demultiplexer always corresponds to only one of the retroreflector modules receiving the signals of this laser transmitted in free space and those returning them in the direction of the signal source, the signals of the lasers p they are differentiated by frequency, and each retroreflector module corresponds to one or several objects participating in the switching and contains binary memory elements controlled by this object and prohibiting or allowing the retroreflector module to return the signal received from the demultiplexer if the memory element is set respectively to prohibit or enable return signal condition.
Технический результат для способа состоит в выполнении высокоскоростной коммутации передаваемых сообщений, в том числе сообщений, одновременно передаваемых одним источником группе приемников, коммутации, исключающей взаимные помехи от одновременно передаваемых разными источниками сигналов сообщений, а также в распределенном хранении вне приемников сведений о состоянии приемников.The technical result for the method consists in performing high-speed switching of transmitted messages, including messages simultaneously transmitted by one source to a group of receivers, switching excluding mutual interference from simultaneously transmitted by different sources of message signals, as well as in distributed storage of information about the status of receivers outside the receivers.
Технический результат для способа коммутации достигается тем, что участвующий в коммутации объект - источник для выбора получающих сигналы объектов - приемников выбирает в демультиплексоре и включает лазеры для посылки сигналов одновременно группе поставленных в соответствие приемникам ретрорефлекторных модулей и через них приемникам, модулируя сигналами источника сигналы приемника, направляемые в модуль приемником и возвращаемые ему модулем, причем приемник вносит в память соответствующего ему ретрорефлекторного модуля информацию о состоянии приемника, а источник определяет состояние этой памяти для выбора своих действий с приемником.The technical result for the switching method is achieved in that the object participating in the switching, the source for the selection of receiving objects, receivers, is selected in the demultiplexer and includes lasers for sending signals simultaneously to the group of retroreflector modules assigned to the receivers and through them receivers, modulating the receiver signals with the source signals, sent to the module by the receiver and returned to it by the module, the receiver introducing into the memory of the corresponding retroreflector module information about the state of the receiver, and the source determines the state of this memory for choosing its actions with the receiver.
Техническая сущность и принцип действия предложенной системы поясняются чертежами.The technical nature and principle of operation of the proposed system are illustrated by drawings.
Фиг. 1. Демультиплексор для одновременной связи с группой приемниковFIG. 1. Demultiplexer for simultaneous communication with a group of receivers
Фиг. 2. Блок лазеров с устройством управленияFIG. 2. Laser unit with control device
Фиг. 3. Ретрорефлекторный модульFIG. 3. Retroreflector module
Фиг. 4. Система неподвижных зеркалFIG. 4. Fixed mirror system
Фиг. 5. Зона размещения приемников сигналовFIG. 5. Location of signal receivers
Фиг. 6. Частично прозрачное зеркалоFIG. 6. Partially transparent mirror
Фиг. 7. Компоненты коммутатора каждого коммутируемого объектаFIG. 7. Switch components of each dial-up object
Фиг. 8. Пример системы коммутируемых объектовFIG. 8. An example of a dial-up system
Фиг. 9. Демультиплексор для связи с одним приемникомFIG. 9. Demultiplexer for communication with one receiver
Фиг. 10. Блок лазеров с устройством управления для связи с одним приемникомFIG. 10. Laser unit with a control device for communication with one receiver
Приведенные на чертежах устройства следует рассматривать как примеры технической реализуемости предлагаемых в патенте системы и способа.The devices shown in the drawings should be considered as examples of the technical feasibility of the system and method proposed in the patent.
Краткое описание предлагаемой системы коммутации. Коммутируемые объекты содержат встроенные в них средства распределенной оптической коммутации и вне этих объектов находятся ретрорефлекторные модули (далее RCM). Первые средства содержат источники и приемники оптических сигналов, а также демультиплексоры этих сигналов, включающие наборы лазеров в количестве, достаточном для выполнения коммутации объектов. Лазеры в наборе располагаются произвольно, например, в виде линии или решетки на плоскости (далее наборы лазеров считаются решетками лазеров). Демультиплексор выбирает в решетке лазеров лазеры, которые могут направить свои сигналы в требуемые ретрорефлекторные модули. Каждому ретрорефлекторному модулю соответствует лазер или несколько лазеров в решетке лазеров. Ретрорефлекторные модули содержат элементы памяти, информацию в которые записывают лазеры демультиплексоров, причем эта информация меняет возможность ретрорефлекторного модуля возвращать сигналы их источнику, что влияет на взаимодействие модуля с коммутируемыми объектами.A brief description of the proposed switching system. The switched objects contain built-in means of distributed optical switching and retroreflector modules (RCM) are located outside these objects. The first tools contain sources and receivers of optical signals, as well as demultiplexers of these signals, including sets of lasers in an amount sufficient to perform switching of objects. The lasers in the set are arranged arbitrarily, for example, in the form of a line or a grating on a plane (hereinafter, sets of lasers are considered as laser gratings). The demultiplexer selects lasers in the laser array that can direct their signals to the required retroreflector modules. Each retroreflector module corresponds to a laser or several lasers in the laser array. Retroreflector modules contain memory elements, information in which the lasers of demultiplexers are recorded, and this information changes the ability of the retroreflector module to return signals to their source, which affects the interaction of the module with switched objects.
Краткое описание предлагаемого способа коммутации. Ретрорефлекторные модули действуют как посредники между источниками и приемниками оптических сигналов (в том числе сигналов сообщений). При этом источник посылает сигналы не непосредственно в приемник, а в выделенный для связи с приемником ретрорефлекторный модуль, изменяя его состояние. Приемник для получения сообщения источника направляет в ретрорефлекторный модуль сигналы, опрашивающие состояние модуля, и получает в результате значение поступающих в этот модуль сигналов источника. Используя демультиплексор, объект - источник может посылать сообщение одновременно группе приемников. Также группа приемников может получить сообщение одного источника, одновременно обращаясь к ретрорефлекторному модулю, которому посылает сообщение источник. Объект в частности может изменять состояние внутренней памяти выделенного ему ретрорефлекторного модуля для наиболее быстрого информирования других объектов о своих возможностях по взаимодействию с ними.A brief description of the proposed switching method. Retroreflector modules act as intermediaries between sources and receivers of optical signals (including message signals). In this case, the source sends signals not directly to the receiver, but to the retroreflector module allocated for communication with the receiver, changing its state. To receive a source message, the receiver sends signals to the retroreflector module that interrogate the state of the module, and as a result receives the value of the source signals arriving at this module. Using a demultiplexer, the source object can send a message simultaneously to a group of receivers. Also, a group of receivers can receive a message from a single source, while simultaneously addressing the retroreflector module to which the source sends a message. In particular, an object can change the state of the internal memory of the retroreflector module allocated to it in order to most quickly inform other objects about its possibilities for interacting with them.
Поступающие в ретрорефлекторный модуль сигналы от лазеров демультиплексоров модуль возвращает в фотоприемники пославших сигналы объектов.The signals from the demultiplexer lasers arriving in the retroreflector module return to the photodetectors the objects that sent the signals.
Подробное описание предлагаемой системы коммутации. Система состоит из демультиплексоров, находящихся в каждом источнике и приемнике сообщений, и группы промежуточных ретрорефлекторных модулей, расположенных вне коммутируемых объектов так, что посылаемые объектами оптические сигналы поступают в выбранный объектом модуль.Detailed description of the proposed switching system. The system consists of demultiplexers located in each source and receiver of messages, and a group of intermediate retroreflector modules located outside of switched objects so that the optical signals sent by objects enter the module selected by the object.
Рассмотрим конструкцию распределенного коммутатора, расширяющего возможности коммутатора прототипа. Начнем рассмотрение с демультиплексора, приведенного на фиг. 1.Consider the design of a distributed switch that extends the capabilities of the prototype switch. We begin our discussion with the demultiplexer shown in FIG. one.
Здесь 1 - набор внешних сигналов, посылаемых объектом для управления лазерами решетки, 2 - входы сигналов сообщения и служебных сигналов, блок 3 - группа лазеров с устройством управления, 4 - блок формирования сигнала питания лазеров решетки, 5 - регистр, 6 - контроллер.Here 1 is a set of external signals sent by an object for controlling lattice lasers, 2 is an input of message signals and service signals,
Узлы демультиплексора взаимодействуют следующим образом. От блока формирования сигнала питания лазеров 4 при подаче сигналов группы 2, управляющих блоком 4, сигнал питания поступает на все блоки 3. Как показано на фиг. 2, эти сигналы при наличии сигнала логическая единица в разряде поступающего от объекта набора внешних сигналов включат соответствующие разряду лазеры решетки.The nodes of the demultiplexer interact as follows. From the power supply generating unit for the
Таким образом, включаются лазеры, которые должны одновременно выдать оптические сигналы. Эти сигналы должны поступить в модуль RCM, соответствующий выбранным лазерам.Thus, lasers are turned on, which must simultaneously give out optical signals. These signals must be sent to the RCM corresponding to the selected lasers.
Демультиплексор может применяться в двух конфигурациях: он может составлять единое целое с конструкцией коммутируемого объекта или выполняться как отдельное устройство. В первом случае нет необходимости в узлах 5 и 6 на фиг. 1, так как даже при большом количестве связей 1 эти связи находятся внутри интегральной схемы. Во втором случае большое количество вводов в демультиплексор вызывает трудности. Предлагается в этом случае добавить сдвиговый регистр 5, в который загрузка сигналов 1 выполняется последовательно. Дополнительно можно ввести программируемый контроллер 6, который имеет связь с коммутируемым объектом и с регистром. Загрузка данных из памяти контроллера в регистр 5 выполняется полностью параллельно или несколькими группами сигналов.The demultiplexer can be used in two configurations: it can be a single unit with the design of the switched object or run as a separate device. In the first case,
Рассмотрим устройство блока 3 из фиг. 1, приведенного на фиг. 2. Здесь 1 - набор внешних сигналов, посылаемых объектом для управления лазерами решетки, 2 - группа сигналов выбора сигнала питания лазеров, 3 - ключи, 4 - узел выдачи сигналов питания лазеров, 5 - группа лазеров решетки, излучение которых должно направляться в один и тот же модуль RCM. Узел 4 и группа сигналов 2 общие для всех блоков 3 и на фиг. 1 имеют обозначения 4 и 2 соответственно. Если входной сигнал 1 находится в состоянии «1», то ключи группы 3 включены. Если на вход элемента 4, формирующего сигналы питания лазера, поступают сигналы управления и передаваемого сообщения - 2, то через ключи сигналы питания включают выбранные лазеры, и оптические сигналы лазеров направляются на модуль RCM. Как будет показано ниже, излучаемые выбранными лазерами сигналы в различных ситуациях должны иметь разные частоты. Предпочтительно использовать лазеры, частота излучения которых меняется при изменении сигнала, управляющего работой лазера (например, управляющего током питания лазера). Альтернативное решение - лазер имеет одну, только ему соответствующую частоту генерируемого сигнала. Второй вариант требует большего количества оборудования, но лазеры с фиксированной частотой генерации в настоящее время более широко распространены. Далее изложение будет в основном ориентировано на наличие перестраиваемых лазеров.Consider the device of
Таким образом, средства фиг. 1 и 2 выбирают набор и частоту сигналов, посылаемых демультиплексором одновременно по всем выбранным связям.Thus, the means of FIG. 1 and 2 select the set and frequency of signals sent by the demultiplexer simultaneously for all selected links.
Рассмотрим элементы памяти, добавленные в конструкцию модуля RCM прототипа. Конструкция нового модуля RCM показана на фиг. 3. Здесь 1 - ретрорефлектор, 2, 3, 4 - фильтры, 5 - элемент управления с памятью, 6-8 - фотоприемники, 9 - оптические сигналы, поступающие в RCM и возвращаемые объекту. На фиг. 3 показан ретрорефлектор - катафот, наряду с катафотом может быть использован ретрорефлектор типа «кошачий глаз». Новыми по сравнению с прототипом здесь являются связки «фотоприемник сигнала демультиплексора - элемент памяти - светофильтр».Consider the memory elements added to the prototype RCM module. The design of the new RCM is shown in FIG. 3. Here 1 is a retroreflector, 2, 3, 4 are filters, 5 is a control element with memory, 6-8 are photodetectors, 9 are optical signals entering the RCM and returned to the object. In FIG. Figure 3 shows a retroreflector — a reflector; along with a reflector, a cat-eye retroreflector can be used. New in comparison with the prototype here are the bundles “photodetector of the demultiplexer signal - memory element - light filter”.
Рассмотрим функционирование предлагаемого модуля RCM. Поступающие извне в RCM сигналы (9) лазеров вначале проходят через последовательность фотоприемников 6-8, каждый из которых принимает сигнал только одной характерной для него частоты из частот, генерируемых лазерами. Имеется такое же количество светофильтров, каждым из которых управляет сигнал, поступающий от соответствующего фильтру фотоприемника. Часть фильтров связана непосредственно с фотоприемником, для части фильтров в разрыв такой связи помещен элемент управления с памятью. Для упрощения чертежа показаны две пары фотоприемник и фильтр, соединенные непосредственно, и одна пара, соединенная через элемент управления с памятью, хотя количество пар может быть произвольное. При поступлении сигнала от фотоприемника каждый фильтр прекращает пропускать частоту, на которую настроен фильтр, все другие частоты фильтры пропускают. Предполагается также, что фотоприемники пропускают через себя все частоты, излучаемые лазерами. Элемент управления с памятью 5 позволяет делать управляемый им фильтр непрозрачным, пока элемент памяти не будет возвращен в исходное состояние, делающее фильтр прозрачным. Допускается использовать светофильтры и фотоприемники с другими свойствами, если только изменение их расположения, отличающееся от приведенного выше, не приведет к нарушению способа использования данного распределенного коммутатора.Consider the operation of the proposed RCM module. The signals (9) of the lasers coming from outside to the RCM first pass through a sequence of photodetectors 6-8, each of which receives a signal of only one characteristic frequency from the frequencies generated by the lasers. There is the same number of filters, each of which is controlled by a signal coming from the corresponding photodetector filter. Some of the filters are connected directly to the photodetector; for some of the filters, a memory control is placed in the gap of such a connection. To simplify the drawing, two pairs of a photodetector and a filter are shown connected directly and one pair connected through a control element to a memory, although the number of pairs can be arbitrary. When a signal is received from the photodetector, each filter stops passing the frequency that the filter is tuned to, all other frequencies the filters skip. It is also assumed that photodetectors pass through themselves all the frequencies emitted by the lasers. The control with
В большинстве применений распределенного коммутатора площадь решетки лазеров меньше площади, занимаемой модулями RCM. При этом выше предполагается, что лучи лазеров выходят параллельно друг другу. Требуемое для прихода сигнала в RCM изменение направления может достигаться тремя способами. Во-первых, лазеры решетки могут быть ориентированы в требуемых направлениях. Во-вторых, на выходе каждого лазера может быть установлена призма, направляющая луч лазера в требуемом направлении. Наконец, каждый объект может иметь систему неподвижных зеркал, количество которых равно количеству модулей RCM. Эти зеркала ориентируют лучи, как показано на фиг. 4. Здесь 1 - решетка лазеров, 2 - выходящие параллельно лучи лазеров, 3 - зеркала, направляющие лучи лазера на модули RCM.In most distributed switch applications, the laser array area is less than the area occupied by the RCMs. Moreover, it is assumed above that the laser beams exit parallel to each other. The change in direction required for the signal to arrive at the RCM can be achieved in three ways. First, grating lasers can be oriented in the required directions. Secondly, a prism can be installed at the output of each laser, directing the laser beam in the desired direction. Finally, each object can have a system of fixed mirrors, the number of which is equal to the number of RCM modules. These mirrors orient the rays, as shown in FIG. 4. Here 1 is the laser array, 2 are the parallel laser beams, 3 are mirrors directing the laser beams to the RCMs.
Объект кроме демультиплексора имеет группу фотоприемников, которые принимают сигналы, возвращаемые модулями RCM.In addition to the demultiplexer, the object has a group of photodetectors that receive signals returned by RCMs.
Фотоприемники в объекте должны располагаться так, чтобы получать все эти сигналы и при этом не мешать передаче сигналов лазеров в RCM.The photodetectors in the object should be located so as to receive all these signals and at the same time not to interfere with the transfer of laser signals to RCM.
Два примера такого расположения фотоприемников показаны на фиг. 5 и 6. На фиг. 5 луч одного из лазеров 3 решетки лазеров 4 направляется в RCM-1. За счет дифракции луч расширяется и в RCM занимает площадь 2, увеличенную по сравнению с площадью выхода луча из лазера. Отраженный луч имеет в объекте площадь 5, превышающую размер решетки лазеров. В пределах этой площади можно разместить фотоприемники объекта.Two examples of this arrangement of photodetectors are shown in FIG. 5 and 6. FIG. 5 the beam of one of the
На фиг. 6 луч 4 одного из лазеров решетки лазеров 5 проходит через частично прозрачное зеркало 2, попадает в модуль RCM-1, возвращается его ретрорефлектором в зеркало 2 и отражается им в направлении 3 расположения фотоприемников объекта. Как и на фиг. 5, луч подвергается дифракции, не показанной для упрощения на фиг. 6.In FIG. 6, the
На фиг. 7 показаны компоненты распределенного коммутатора, используемые каждым коммутируемом объектом. Здесь 1 - объект, 2 - два ретрорефлектора, 3 - две группы фотоприемников, 4 - две группы зеркал, направляющих лучи лазера на модули RCM, 5 - сигналы, посылаемые между объектом и RCM, 6 - модуль RCM. Потребность в двух компонентах 2, 3, 4 вызвана возможностью объектов одновременно посылать сигналы в модуль RCM для приема и передачи сообщений, направляемых в разные модули RCM. Такой режим рассмотрен далее в описании способа использования распределенного коммутатора.In FIG. 7 shows the components of a distributed switch used by each dial-up entity. Here 1 is an object, 2 is two retroreflectors, 3 are two groups of photodetectors, 4 are two groups of mirrors directing laser beams to RCM modules, 5 are signals sent between the object and RCM, 6 is an RCM module. The need for two
На фиг. 8 показан пример системы коммутируемых объектов и модулей RCM. Здесь показаны m модулей RCM и n коммутируемых объектов. Сплошные линии означают связи между RCM и объектами - приемниками сообщений, пунктирная линия - связь источника сообщения с RCM. Связи могут устанавливаться в динамике. Здесь источник Οl посылает сообщение приемнику On, приемники Οl и Oj совместно используют общий RCMk.In FIG. Figure 8 shows an example of a dial-up system and RCMs. Shown here are m RCM modules and n dial-up objects. Solid lines indicate communications between RCM and message receiver objects, a dashed line indicates communications between a message source and RCM. Connections can be established in dynamics. Here, the source Ο l sends a message to the receiver O n , the receivers Ο l and O j share a common RCM k .
Следует отметить, что на фиг. 7 можно ограничиться только одним демультиплексором в источнике сообщений, если закрепить конкретные модули RCM за приемниками сообщений, но это ограничит функциональные возможности системы коммутации и ухудшит ее отказоустойчивость.It should be noted that in FIG. 7, you can limit yourself to only one demultiplexer in the message source, if you assign specific RCM modules to message receivers, but this will limit the functionality of the switching system and worsen its fault tolerance.
Если в конкретных применениях предлагаемого распределенного коммутатора можно исключить одновременную передачу сигналов в несколько модулей RCM, то устройства на фиг. 1 и 2 упрощаются, как показано на фиг. 9 и 10. На фиг. 9 лазеры расположены в виде решетки. Здесь блок 1 - дешифратор адреса строк решетки лазеров, блок 5 - дешифратор адреса столбцов решетки лазеров, блок 3 - группа лазеров с устройством управления, 2 - входы сигналов сообщения и служебных сигналов, 4 - блок формирования сигнала питания лазеров решетки. Упрощение сводится к использованию коротких кодов адресов вместо слова с числом разрядов, равным количеству модулей RCM.If, in specific applications of the proposed distributed switch, it is possible to exclude the simultaneous transmission of signals to several RCM modules, then the devices in FIG. 1 and 2 are simplified, as shown in FIG. 9 and 10. FIG. 9 lasers are arranged in the form of a lattice. Here,
В измененном блоке 3, показанном на фиг. 10, по сравнению с блоком 3 на фиг. 2 добавлен только элемент 1 логическое «И».In the modified
Дальнейшее упрощение достигается, если исключить возможность одновременной передачи сигналов разной частоты на один и тот же модуль RCM и использовать перестраиваемый по частоте лазер. При этом по сравнению с фиг. 2 на фиг. 10 останется только один ключ 3 и один лазер 5.Further simplification is achieved if the possibility of simultaneous transmission of signals of different frequencies to the same RCM module is excluded and a frequency-tunable laser is used. Moreover, in comparison with FIG. 2 in FIG. 10, only one
Подробное описание предлагаемого способа коммутации. Последовательно рассмотрим основные операции, выполняемые по предлагаемому способу с привлечением средств предлагаемой системы:A detailed description of the proposed switching method. Sequentially consider the basic operations performed by the proposed method with the involvement of the proposed system:
- бесконфликтная передача сообщения отдельному приемнику,- conflict-free message transmission to an individual receiver,
- одновременная передача сообщения одного источника группе приемников,- simultaneous transmission of a message from one source to a group of receivers,
- ответ приемника источникам,- receiver response to sources,
- одновременное получение сообщения приемником (приемниками) от нескольких источников,- simultaneous receipt of a message by the receiver (s) from several sources,
- определение возможности передачи сообщения приемникам,- determination of the possibility of transmitting a message to receivers,
- обнаружение конфликта доступа источников к приемнику сообщения,- detection of a conflict of access of sources to the message receiver,
- устранение конфликта доступа источников к приемнику сообщения.- elimination of the conflict of access of sources to the message receiver.
1. Бесконфликтная передача сообщения отдельному приемнику. Объект - источник сообщения выбирает в решетке лазер, который будет посылать непрерывный луч в направлении модуля RCM, используемого приемником посылаемого источником сообщения. Задается частота ft передачи сигналов сообщения, и сообщение передается включением или выключением луча в соответствии со значениями битов сообщения. Кроме включения/выключения лазера, работающего на частоте ft, можно передавать сообщения, посылая сигналы лазера на частотах ft1 и ft2 в соответствии со значениями битов сообщения. Приемник сообщения посылает в модуль RCM непрерывный сигнал приема, имеющий частоту fr (или два непрерывных сигнала частот fr1 и fr2 при работе источника с сигналами ft1 и ft2). При необходимости может быть использован также дополнительно синхросигнал. Модуль RCM модулирует возвращаемые в приемник сигналы приемника сигналами источника сообщения, что и обеспечивает прием сообщения источника.1. Conflict-free message transmission to an individual receiver. The message source object selects a laser in the array that will send a continuous beam in the direction of the RCM used by the receiver sent by the message source. The message signal transmission frequency f t is set, and the message is transmitted by turning the beam on or off in accordance with the values of the message bits. In addition to turning on / off a laser operating at a frequency f t , it is possible to transmit messages by sending laser signals at frequencies f t1 and f t2 in accordance with the values of the message bits. The message receiver sends to the RCM module a continuous receive signal having a frequency f r (or two continuous signals of frequencies f r1 and f r2 when the source is working with signals f t1 and f t2 ). If necessary, an additional clock signal can also be used. The RCM modulates the signals of the receiver returned to the receiver by the signals of the message source, which ensures the reception of the message from the source.
Кроме этого, источник посылает в указанный выше RCM непрерывный сигнал ftr (он может не отличаться от сигнала fr). Модуль RCM модулирует сигнал ftr сигналами ft поступающего в RCM сообщения, что позволяет источнику получить свое сообщение, посылаемое в RCM. Любые объекты, посылающие в данный модуль RCM сигналы ftr, также получают передаваемое источником сообщение.In addition, the source sends a continuous signal f tr to the above RCM (it may not differ from signal f r ). The RCM modulates the signal f tr with the signals f t of the message received in the RCM, which allows the source to receive its message sent to the RCM. Any objects that send f tr signals to this RCM also receive the message transmitted by the source.
2. Одновременная передача сообщения одного источника группе приемников. Эта передача имеет два варианта.2. Simultaneous transmission of a message from one source to a group of receivers. This transmission has two options.
- Первый вариант. Источнику известны адреса приемников. Объект - источник посылает сигналы в блоки 3 (фиг. 2) своего демультиплексора. Эти блоки направят свои сигналы в группу RCM, соответствующую группе требуемых приемников. Используя блок выдачи сигналов питания лазеров 4 для включения/выключения выбранных лазеров, источник передаст одновременно свое сообщение группе приемников.- First option. The source knows the addresses of the receivers. The source object sends signals to blocks 3 (Fig. 2) of its demultiplexer. These blocks will send their signals to the RCM group corresponding to the group of required receivers. Using the power supply unit of the
- Второй вариант. Адреса приемников неизвестны. Приемникам известен адрес источника. Объекты - приемники посылают свои сигналы частоты fr в модуль RCM, соединенный с источником, и одновременно получают сообщение источника.- The second option. The addresses of the receivers are unknown. Receivers know the source address. The receiver objects send their signals of frequency f r to the RCM connected to the source, and at the same time receive a message from the source.
3. Ответ приемника источникам. Приемник посылает ответ источнику, модулируя свой сигнал fr. Этот ответ одновременно получат все объекты, посылающие непрерывный сигнал ftr в RCM приемника.3. The response of the receiver to the sources. The receiver sends a response to the source, modulating its signal f r . This response will be simultaneously received by all objects sending a continuous signal f tr to the RCM receiver.
4. Одновременное получение сообщения приемником (приемниками) от нескольких источников. Пусть имеется группа объектов, которым требуется сообщить другим объектам об изменении своего состояния, причем первые объекты не знают состав группы вторых объектов. Он может изменяться в зависимости от текущего состояния системы в целом.4. Simultaneous receipt of a message by the receiver (s) from several sources. Let there be a group of objects that need to inform other objects about a change in their state, and the first objects do not know the composition of the group of second objects. It may vary depending on the current state of the system as a whole.
В этой ситуации первые объекты устанавливают элемент 5 управления с памятью в своем RCM в режим пропускания света соответствующим светофильтром. Начальное состояние элемента 5 запрещает пропускание света через фильтр. Приемник такой информации действует как источник, обращающийся одновременно ко всем модулям RCM объектов первой группы. Если приемник обнаруживает возврат своего сигнала, опрашивающего фильтр, которым управляет элемент 5, то он фиксирует необходимость нахождения конкретных источников, переключивших элемент 5. Далее приемник может воспользоваться, например, дихотомическим делением адресов объектов первой группы.In this situation, the first objects set the
5. Определение возможности передачи сообщения приемникам. Предлагаются два способа определения такой возможности. Первый способ функционально не отличается от примененного в прототипе, но реализуется с учетом особенностей предлагаемого коммутатора. Источники, которым требуется передать сообщение приемнику, включают соответствующий лазер и посылают в RCM этого приемника непрерывный сигнал fr (fr1, fr2), такой же, как непрерывный сигнал, посылаемый в RCM приемником. Если этот сигнал, возвращаемый в источник, остается непрерывным, то приемник не получает сообщения от другого источника и приемнику можно посылать сообщение. В противном случае приемник уже получает сигналы и передача невозможна.5. Determining whether a message can be transmitted to receivers. Two methods are proposed for determining this possibility. The first method does not functionally differ from that used in the prototype, but is implemented taking into account the features of the proposed switch. Sources that need to send a message to the receiver turn on the appropriate laser and send a continuous signal f r (f r1 , f r2 ) to the RCM of this receiver, the same as a continuous signal sent to the RCM receiver. If this signal returned to the source remains continuous, then the receiver does not receive messages from another source and a message can be sent to the receiver. Otherwise, the receiver is already receiving signals and transmission is not possible.
Второй способ использует имеющиеся в RCM элементы управления с памятью (элемент 5 на фиг. 3). Пусть приемник устанавливает этот элемент в состояние, разрешающее возврат ретрорефлектором сигналов, если приемник разрешает прием сообщений. Источник сообщения посылает сигнал, возврат которого зависит от состояния элемента памяти. Если этот сигнал возвращается к источнику, то посылка сообщения возможна. В частности такой способ позволяет резервировать право доступа к приемнику определенной группе источников, которым разрешено игнорировать запрет передачи сообщения.The second method uses the memory controls available in RCM (
6. Обнаружение конфликта доступа источников к приемнику сообщения.6. Detection of conflict of access of sources to the message receiver.
Указанная в пункте 5 возможность передачи сообщения не означает ее успешное выполнение, так как одновременно несколько источников смогут начать передачу, и возникнет конфликт доступа к приемнику. Наиболее быстрый способ обнаружения конфликта заключается в следующем. Передающий сообщение источник посылает одновременно в RCM приемника непрерывный сигнал, в частности сигнал fr. Этот сигнал возвращается из RCM в источник модулированными сигналами сообщения источника. Если возникнут наложения других сигналов, то это означает наличие конфликта доступа. Помимо этого искажение сообщения обнаруживает приемник (например, проверяя контрольную сумму сообщения), который пошлет сообщение об ошибке источникам.The ability to transmit a message specified in
7. Устранение конфликта доступа источников к приемнику сообщения. Будем считать расположение коммутируемых объектов и RCM фиксированным. Это позволяет заранее вычислить все требуемые расстояния между указанными выше устройствами и составить список времен передачи сигнала Tij между ними. Такие вычисления могут проводиться в динамике по мере потребности. Дальнейшие действия не отличаются от способа устранения конфликтов в прототипе.7. Elimination of the conflict of access of sources to the message receiver. We assume that the location of the switched objects and RCM is fixed. This allows you to pre-calculate all the required distances between the above devices and make a list of transmission times of the signal T ij between them. Such calculations can be carried out in dynamics as needed. Further actions do not differ from the way to resolve conflicts in the prototype.
Пусть источникам известно l - количество источников, которым разрешено обращаться к данному приемнику, и эти источники упорядочены. Сообщение о конфликте инициирует синхронизацию следующих действий источников.Let the sources know l - the number of sources that are allowed to access this receiver, and these sources are ordered. A conflict message triggers the synchronization of the following source actions.
Конфликтующие источники посылают в RCM координирующее двоичное сообщение, содержащее l разрядов. Посылка этого сообщения выполняется так. Обнаружив конфликт передачи приемнику с номером j, конфликтующий источник Si с задержкой посылает сообщение в RCM. Здесь Tmax≥maxTij, ij=1, …, l. Все такие сообщения поступят в RCM одновременно, с задержкой Tmax. Таким образом, все сообщения группы источников в RCM накладываются одно на другое и представят собой единое сообщение. В него каждый конфликтующий источник вносит единицу в разряд сообщения, соответствующий порядковому номеру (приоритету) источника. RCM возвратит сообщение всем его источникам, что позволит последним определить момент времени начала новой передачи своего сообщения. Далее каждый конфликтующий источник Si передает свое сообщение с задержкой Tmax-Tij+Q, где Q - суммарная длительность сообщений, переданных источниками с более высоким приоритетом (считается, что Q известно источнику). Конфликт устранен.Conflicting sources send a coordinating binary message containing l bits to RCM. This message is sent as follows. Having detected a transmission conflict with the receiver number j, the conflicting source S i with a delay sends a message to RCM. Here T max ≥maxT ij , ij = 1, ..., l. All such messages will arrive at RCM simultaneously, with a delay T max . Thus, all messages from a group of sources in RCM are superimposed on one another and will be a single message. In it, each conflicting source contributes a unit to the message category corresponding to the serial number (priority) of the source. RCM will return the message to all its sources, which will allow the latter to determine the point in time for the start of a new transmission of its message. Next, each conflicting source S i transmits its message with a delay T max -T ij + Q, where Q is the total duration of messages transmitted by sources with a higher priority (it is believed that Q is known to the source). Conflict resolved.
Вместо процедуры вычисления Tij можно использовать способ-прототип, измеряющий в динамике времена распространения сигналов между объектами и RCM с привлечением дополнительного оборудования.Instead of the calculation procedure T ij, you can use the prototype method, which measures the dynamics of the propagation times of signals between objects and RCM using additional equipment.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015106833/07A RU2580667C1 (en) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | Method for laser wireless retro-reflector distributed optical switching and system therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015106833/07A RU2580667C1 (en) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | Method for laser wireless retro-reflector distributed optical switching and system therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2580667C1 true RU2580667C1 (en) | 2016-04-10 |
Family
ID=55794202
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015106833/07A RU2580667C1 (en) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | Method for laser wireless retro-reflector distributed optical switching and system therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2580667C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2212763C2 (en) * | 2001-08-16 | 2003-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Подсолнечник Технологии" | Open optical communication system |
RU2538314C1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method of improving fault-tolerance of distributed optical switching and conflict-free wireless retroreflection switch therefor |
-
2015
- 2015-02-27 RU RU2015106833/07A patent/RU2580667C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2212763C2 (en) * | 2001-08-16 | 2003-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Подсолнечник Технологии" | Open optical communication system |
RU2538314C1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method of improving fault-tolerance of distributed optical switching and conflict-free wireless retroreflection switch therefor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5301055A (en) | Scheduler for multicast cell transmission | |
CN111386472B (en) | Beam director | |
EP2667230A1 (en) | Wavelength-division multiplexer, optical switch apparatus, and optical switch control method | |
US5541756A (en) | Apparatus and method for routing optical signals through wavelength-coding in a self-routed wavelength addressable network | |
US5414819A (en) | Optical interconnection network | |
US20150163570A1 (en) | Optical arbitration device and method in a network-on-chip system | |
JP6552685B2 (en) | System and method for increasing bandwidth in computer networks | |
RU2007108068A (en) | MESSAGE CONTROLLER AND METHOD FOR MANAGING ACCESS TO DATA IN MEMORY OF MESSAGES OF THE COMMUNICATION COMPONENT | |
Chen et al. | Low latency and energy efficient optical network-on-chip using wavelength assignment | |
RU2580667C1 (en) | Method for laser wireless retro-reflector distributed optical switching and system therefor | |
US5887090A (en) | Optical network | |
JP6457417B2 (en) | Serial communication branch device and serial communication system | |
RU2538314C1 (en) | Method of improving fault-tolerance of distributed optical switching and conflict-free wireless retroreflection switch therefor | |
US8977124B2 (en) | Multi-node system networks with optical switches | |
Liu et al. | A Hybrid Beam Steering Free-Space and Fiber Based Optical Data Center Network | |
Stetsyura | Addition for supercomputer functionality | |
RU2437146C1 (en) | Device to eliminate access collisions | |
US20020196488A1 (en) | Recirculating frequency-stacking optical memory | |
GB2261131A (en) | Transmission arbitration in SLM crossbar switch | |
Jonsson et al. | A fiber-optic interconnection concept for scaleable massively parallel computing | |
US20230232307A1 (en) | Optical path design apparatus, optical path design method and program | |
WO2024038542A1 (en) | Optical switch and switching system | |
US5668653A (en) | High-speed switch for fast routing of data packets | |
CN115733555B (en) | DWDM optical module transmitting end debugging method, device, equipment and computer medium | |
CN111954099B (en) | Data center system and data center control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200228 |